Moleküler Probe Optimizasyonu (a Fotosentetik Organizmaya Hücre Ölümlerini belirleme<em> Microcystis aeruginosa</em>) Akım Sitometri Kullanımı
Summary
Mikrobiyal popülasyonları genel davranışı dikte edebilir önemli hücre heterojenitesini içerir. Flow sitometri ile Moleküler prob analizi ancak uygulama türler arasında değişir, hücrelerin fizyolojik durumlarını belirlemek. Bu çalışma küçümseyen ya da yanlış pozitif sonuç kayıt olmadan, doğru bir siyanobakteryumdur nüfus içinde hücre ölümlerini belirlemek için bir protokol sağlar.
Abstract
Saha ve laboratuvar çalışmaları mikrobiyal alt popülasyonlar morfolojik ve fizyolojik parametrelerin yüksek heterojenite görüntülemek için gösterilmiştir. Mikropların hücre bölünmesi ve metabolik faaliyetler azalır sayede atıl durumda, var gibi bir mikrobiyal hücre gerçek zamanlı durumunu belirlemek, canlı ya da ölü kategorilerde ötesine geçer. Genel nüfus canlılığı belirlemeye yardımcı olmak için hızlı ve doğru bir yöntem moleküler problar ile tespit ve mikropların ölçümü ihtiyacını, sitometri (FCM) akış sağlar Verilen. Membran bütünlüğünü algılamak için bir model siyanobakterilerin olarak Microcystis aeruginosa SYTOX Yeşil ve SYTOX Turuncu kullanarak, tek bir hücre ölümlerinin hızla endikasyon için bir transfer yöntemi geliştirmek. Actio karşılaştırılabilir moduna sahip benzer bir eksitasyon ve emisyon dalga boyları ile diğer ürünlerin olmasına rağmen, bu derginin içinde kullanılan moleküler problar (sırasıyla yeşil ve turuncu bir nükleik asit problarının anılacaktırön probları belirtilen n, biz özellikle) başvurun. Moleküler problar kullanılarak protokoller konsantrasyon ve inkübasyon süreleri esas olarak farklı türler arasında değişiklik göstermektedir. M.aeruginosa yola Bu protokol izlenerek, yeşil bir nükleik asit probu 30 dakika kuluçkalama ve 10 dakika sonra 1 uM turuncu bir nükleik asit probu sonra 0,5 uM konsantrasyonlarında optimize edilmiştir. Membran hasarı olan hücrelerin raporlama altında yol açtı belirtilen optimum az Her iki probları konsantrasyonlarda. Bunun aksine, her iki sondalarda 5 uM konsantrasyonları ve daha yüksek 'canlı' hücreler 'canlı olmayan hücreli bir sayı üzerindeki gösterimine neden hedef floresan ürettiği ve böylece spesifik olmayan lekelemeye bir tür, sergiledi. Kontrol nesil uygunluğu tartışma konusu olmaya devam rağmen pozitif kontroller (ısı ile öldürülmüş), sınanabilir ölü biyokütle sağladı. Yeşil ve turuncu nükleik asit probları biz de optimize etmek için adımlar mantıklı bir dizisini gösterereketkin bir siyanobakteriyel fizyolojik durumunu analiz etmek için kullanılabilecek bir protokol oluşturmak için nasıl monstrate.
Introduction
Hücre sürekli fizyolojik parametrelerini değiştirerek ve işlevini değiştirerek çevreye yanıt karmaşık bir sistemdir. 3 – izogenik mikrobiyal nüfus doğada ve laboratuar hem de nüfus dinamikleri bile nispeten sabit çevresel koşullar altında meydana gelen 1, alt popülasyonlar gelişimi etkilenir. Doğal mikrobik topluluk değişkenliği nedeniyle çevre koşullarının oldukça değişken doğası ortaya çıkmaktadır. Bunlar bazen stokastik süreçler sonradan nüfus ortalamasına çok farklı subpopülasyonunun üretirler. Son kanıtlar bu fizyolojik alt popülasyonlar çevresel koşullara farklı tepki ve dramatik etkiler ve genel nüfus 3,4 etkileyen sinyal bileşikleri veya inhibitörleri üretebilir ortaya koymuştur.
Bir nüfus içinde heterojenliği tanımlamak için bir yöntem oluşturulması un anahtarıdırÇeşitli ortamlarda mikroplar ekolojisini ların önemli ve heterocysts gibi özel hücrelerin geliştirilmesi, çevresel dalgalanmalara tepki olarak morfolojik heterojenlik gösterir ağır etkiler insan su güvenliği konusunda. Türler gibi Anabaena gibi toksik Microcystis gibi, sıkıntı siyanobakterilerin bilgi oluştururken gereklidir ve akinetes 2. Buna karşılık, Microcystis hücreleri stres yanıtı sırasında belirgin morfolojik heterojenliğini görüntüler yok. Canlı ve cansız hücreler arasında ayrımcılık fizyolojik farklılaşmanın en önemli yönüdür ve mikrobiyal populasyon dinamiği daha iyi anlaşılmasını verir. Ancak, bakteriyel canlılığı kendisinin kavramsal sorunu zor ve kötü 1,5,6 karakterize kalır.
Flow sitometri (FCM) tek tek hücrelerin analiz güvenilir ve hızlı bir yöntemdir. Tek hücreli fizyo anlayışı artırmak içinFCM aracılığıyla logy moleküler problar metabolik ve biyokimyasal süreçlerin 7 bir dizi ayırmak için kullanılmıştır. Bu hücresel ve nüfus düzeyinde türlerin artan bilgiye açtı ve sırayla su kaynakları yönetimi 8,9 yardımcı oldu. Bununla birlikte, organizmalar, moleküler prob tasarımı ve protokolü uygulaması 6,10,11 bir dizi yol açan hücre duvarları ve zarlarına gözenekler ve pompalar, moleküler prob alımı ve efflux bakımından farklılık gösterir. Ticari ve araştırma amaçlı kullanılabilir moleküler problar genellikle çok farklı hücre tipine uygulanabilir genel bir protokol ile temin edilmektedir. Bir başka 6'ya bir hücre tipi için geliştirilen protokoller transferinde çok dikkatli olmalı, etkin kullanımdan önce moleküler problar optimize etmek önemli bir görev bu nedenle.
Yeşil ve turuncu bir nükleik asit probları en az bir baz ile çift ve tek sarmallı nükleik asit hem bağlama seçinivity ve hücrelerin plazma zarı bütünlüğünün değerlendirmek için kullanılır. Yeşil bir nükleik asit probu, hücre canlılığının bir göstergesi olarak hareket edebilir örneğin propidium iodide bazlı bileşikler 12 gibi diğer moleküler problar, kıyasla belirgin bir şekilde daha iyi hücre etiketleme floresan sinyalini alır. Terimi hücre canlılığı, 'burada, DNA parçalanma, plazma zan bütünlüğü kaybı sonra meydana varsayar. Nükleik asit probları üç pozitif ücretleri ile simetrik olmayan siyanin boyalar ve hem de ökaryotik ve prokaryotik 11,13 14,15 organizmalarda karakterize konsantrasyonlarda altında intakt membranlı hücrelere giremez. Nükleik asitlerin bir nükleik asit sondasının bağlanması, bunların zar bütünlüğü tehlikeye sahip hücrelerde endojen sinyallerden flüoresans emisyonlarının a> 500 misline kadar artış ile sonuçlanabilir. Örneğin yeşil bir nükleik asit prob olarak moleküler problar tek hücre fizyolojisinin iyi bir göstergesi olabilir, ancak, bir ihtiyaç vardır tYalnız Microcystis deneylerde 0.5 uM 15 – – 0,1 mcM 30 dakika ve konsantrasyon aralıkları – 19 inkübasyon süreleri 7 dk arasında değiştiği gibi o, amaçlanan hedef organizmanın her prob optimize.
Burada yeşil sitometrik deneyleri ve (bugüne kadar siyanobakteriyel türler M.aeruginosa üzerinde test edilmemiştir) nispeten yeni turuncu nükleik asit probları optimize etmek bir protokol mevcut. Aşağıdaki gelişmiş metodoloji sonra diğer türlere aktarılır ve böylece mikropların anlayış ve ekolojik davranışları artırarak, diğer moleküler problar protokolleri optimize etmek için bir platform olarak kullanılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
15,19,22,23 – moleküler problar kullanılarak yayın artan sayıları, güvenilir ve bilgilendirici veriler 5,6,8 elde edilebileceğini gösterir. Henüz itibarıyla aynı konsantrasyon ve kuluçkalama süresi 6,10 Tüm türler arasında etkili olabilir hücre canlılığı için mükemmel bir leke yoktur. Değişmiş floresan emisyonları ile prob hatta aynı tip doğru konsantrasyon ve inkübasyon süresi (Tablo 1 ve 3) kurmak için bir gereksinim olduğunu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar araştırma ve tesisler için destek ve finansman için doktora öğrencisi Dave Hartnell ve Bournemouth Üniversitesi kabul etmek istiyorum.
Materials
| Cyanobacteria Media | Sigma-Aldrich | C3061-500ML | BG-11 Freshwater concentrated solution (x50 dilution) |
| Decontamination Fluid | BD Biosciences | 653155 | Run for 2 mins when outputs are more than 12 events per second on fast or a flow rate of 66 µL/min. Followed by 2mins of sheath H2O. |
| Flow Cytometer | BD Biosciences | N/A (by request) | BD Accuri C6 |
| SYTOX Green | Life Technologies | S7020 | Nucleic acid stain – 5mM solution in DMSO |
| SYTOX Orange | Life Technologies | S11368 | Nucleic acid stain – 5mM solution in DMSO |
References
- Kell, D. B., Kaprelyants, A. S., Weichart, D. H., Harwood, C. R., Barer, M. R. Viability and Activity in Readily Culturable Bacteria: A Review and Discussion of the Practical Issues. Anton. Leeuw. Int. J. G. 73, 169-187 (1998).
- Adams, D. G., Duggan, P. S. Tansley Review No. 107. Heterocyst and Akinete Differentiation in cyanobacteria. New Phytol. 144 (1), 3-33 (1999).
- Lidstrom, M. E., Konopka, M. C. The Role of Physiological Heterogeneity in Microbial Population Behavior. Nat. Chem. Biol. 6 (10), 705-712 (2010).
- Dagnino, D., de Abreu Meireles, D., de Aquino Almeida, J. C. Growth of Nutrient-Replete Microcystis. PCC 7806 Cultures is Inhibited by an Extracellular Signal Produced by Chlorotic Cultures. Environ. Microbiol. 8 (1), 30-36 (2006).
- Davey, H. M., Kell, D. B., Weichart, D. H., Kaprelyants, A. S. Estimation of Microbial Viability Using Flow Cytometry. Curr. Protoc. Cytom. Chapter. Chapter 11, (2004).
- Davey, H. M. Life, Death, and In-Between: Meanings and Methods in Microbiology. Appl. Environ. Microb. 77 (16), 5571-5576 (2011).
- Shapiro, H. M. Chapter 7, Parameters and Probes. Practical Flow Cytometry. , 273-410 (2003).
- Hammes, F., Berney, M., Wang, Y., Vital, M., Köster, O., Egli, T. Flow-Cytometric Total Bacterial Cell Counts as a Descriptive Microbiological Parameter for Drinking Water Treatment Processes. Water Res. 42 (1-2), 269-277 (2008).
- Wang, Y., Hammes, F., De Roy, K., Verstraete, W., Boon, N. Past, Present and Future Applications of Flow Cytometry in Aquatic Microbiology. Trends Biotechnol. 28 (8), 416-424 (2010).
- Shapiro, H. M., Nebe-von-Caron, G. Multiparameter Flow Cytometry of Bacteria. Methods. Mol. Biol. 263, 33-44 (2004).
- Peperzak, L., Brussaard, C. P. D. Flow Cytometric Applicability of Fluorescent Vitality Probes on Phytoplankton. J. Phycol. 47 (3), 692-702 (2011).
- Roth, B. L., Poot, M., Yue, S. T., Millard, P. J. Bacterial Viability and Antibiotic Susceptibility Testing with SYTOX Green Nucleic Acid Stain. Appl. Environ. Microbiol. 63 (6), (1997).
- Franklin, D., Airs, R., Fernandes, M. Identification of Senescence and Death in Emiliania huxleyi. and Thalassiosira pseudonana. Cell Staining, Chlorophyll Alterations, and Dimethylsulfoniopropionate (DMSP) Metabolism. Limnol. Oceanogr. 57 (1), 305-317 (2012).
- Lebaron, P., Catala, P., Parthuisot, N. Effectiveness of SYTOX Green Stain for Bacterial Viability Assessment. Appl. Environ. Microbiol. 64 (7), 2697-2700 (1998).
- Mikula, P., Zezulka, S., Jancula, D., Marsalek, B. Metabolic Activity and Membrane Integrity Changes in Microcystis aeruginosa.- New Findings on Hydrogen Peroxide Toxicity in Cyanobacteria. Eur. J. Phycol. 47 (July), 195-206 (2012).
- Regel, R. H., Brookes, J. D., Ganf, G. G., Griffiths, R. W. The Influence of Experimentally Generated Turbulence on the Mash01 Unicellular Microcystis aeruginosa Strain. Hydrobiologia. 517 (1-3), 107-120 (2004).
- Kameyama, K., Sugiura, N., Inamori, Y., Maekawa, T. Characteristics of Microcystin production in the Cell Cycle of Microcystis viridis. Environ. toxicol. 19 (1), 20-25 (2004).
- Gustafsson, S., Hultberg, M., Figueroa, R. I., Rengefors, K. On the Control of HAB Species using Low Biosurfactant Concentrations. Harmful Algae. 8 (6), 857-863 (2009).
- Bouchard, J. N., Purdie, D. A. Effect of Elevated Temperature, Darkness, and Hydrogen Peroxide Treatment on Oxidative Stress and Cell Death in the Bloom-Forming Toxic Cyanobacterium Microcystis. J. Phycol. 47 (6), 1316-1325 (2011).
- Reynolds, C. S., Jaworski, G. H. M. Enumeration of Natural Microcystis Populations. Br. Phycol. J. 13 (3), 269-277 (1978).
- Marie, D., Simon, N., Vaulot, D., Andersen, R. A. Phytoplankton Cell Counting by Flow Cytometry. Algal culturing techniques. , 253-268 (2005).
- Assunçao, P., Antuees, N. T., Rosales, R. S., de la Fe, C., Poveda, C., Poveda, J. B., Davey, H. M. Flow cytometric method for the assessment of the minimal inhibitory concentrations of antibacterial agents to Mycoplasma agalactiae. Cytom Part A. 69, 1071-1076 (2006).
- Davey, H. M., Kell, D. B. Flow Cytometry and Cell Sorting of Heterogeneous Microbial Populations: The Importance of Single-Cell Analyses. Microbiol. rev. 60 (4), 641-696 (1996).
- Franklin, D. J. Explaining the Causes of Cell Death in Cyanobacteria: What Role for Asymmetric Division?. J. Plankton Res. 36 (1), 11-17 (2013).
- Kaprelyants, A. S., Mukamolova, G. V., Davey, H. M., Kell, D. B. Quantitative Analysis of the Physiological Heterogeneity within Starved Cultures of Micrococcus luteus. by Flow Cytometry and Cell Sorting. Appl. Environ. Microbiol. 62 (4), 1311-1316 (1996).
- Waggoner, A., Melamed, M. R., Lindmo, T., Mendelsohn, M. L. Fluorescent probes for cytometry. Flow cytometry and sorting. , 209-225 (1990).
- Gray, J. V., Petsko, G. A., Johnston, G. C., Ringe, D., Singer, R. A., Werner-washburne, M. "Sleeping Beauty": Quiescence in Saccharomyces cerevisiae. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 68 (2), 187-206 (2004).
- Keer, J. T., Birch, L. Molecular Methods for the Assessment of Bacterial Viability. J. Microbiol. Methods. 53 (2), 175-183 (2003).
